气候变化对生物灾害发生的影响及对策
摘要:分析了我国气候变暖的特点,总结了气候变暖对生物灾害的影响机理和研究方法,并据此提出了对策。
关键词:气候变暖;生物灾害;影响;研究方法;对策
全球大气CO2浓度从1750年工业化开始的约280mg/kg增加到2005年的379mg/kg,近10年大气CO2浓度每年以1.8mg/kg的速率增长,远高于过去50年每年1mg/kg的平均增幅。由于温室效应,全球平均温度比工业化前上升了2.0~4.5℃,以100年为单位计算,近100年来升高了(0.6±0.2)℃,升温幅度大于过去1000年以来的任何时候。自1850年以来,根据全球地表温度的器测,最近100年(1906—2005年)的温度线性趋势为0.74℃(0.56~0.92℃),全球温度普遍升高,在北半球高纬度地区温度升幅较大,陆地区域的变暖速率比海洋快。我国是全球气候变暖最显著的国家之一。近100年来,平均气温升高(0.65±0.15)℃,比全球略高;最近50年来,我国气温增速(0.22℃/10年)明显高于全球或北半球(0.07℃/10年),从1986年至今,已经历20余个暖年,特别是2001年、2002年、2006年、2007年、2010年广大北方地区的气温一次次冲破已有的气象记录,成为50年来最热的年份。据国家气候中心、国家气象信息中心资料室提供的气象统计数据表明,在我国,全国月平均气温冬、夏两季气温增高明显,其他月份则不十分明显。我国西北、华北和东北等北方地区气候变暖明显高于长江以南地区,春季(3—6月)气候变暖显著高于夏季(7—9月)。而在长江中下游地区,则主要表现为冬季气温升高。
1、气候变暖对生物灾害发生的影响
据目前研究资料分析,气候变暖以及厄尔尼诺-南方涛动(ElNino&southernoscillation,ENSO)等其他气候事件,对生物灾害的发生,都有明显的相关性,其中尤以气候变暖最为明显。生态学研究证明,由范霍夫定律(Vanthoff’sLaw)可知,气候变暖,使有害生物体内生理过程加快,适生期延长,加快了有害生物发育速率,增强了生殖力,增加了存活率尤其是越冬基数,直接导致其始见期、迁飞期、种群高峰期提前,世代数增加,发生程度加重,暴发周期缩短。气候变暖,还使有害生物发生区域北移和向高海拔区蔓延,扩大了有害生物适生区域。由于气候异常,气象灾害增加,导致生态系统健康水平下降,天敌种群数量下降,有利于有害生物的发生成灾。气候变暖,还使寄主发生变化,有害生物也随之调整寄生关系。上述因素的综合作用,还会导致有害生物种群的基因组成发生变化,并有可能产生不可逆的进化适应(evolutionaryadaptation)。
1.1有害生物适生区拓宽
气候变暖,拓宽了有害生物的适生区,使得发生范围扩大,向高海拔区和两极方向扩展。如果没有暖冬,在一般情况下,一些有害生物在越冬时,会因为极端低温而导致种群密度急剧下降,翌年不会产生灾害。而由于暖冬,导致越冬基数逐年增加,从而产生危害。据笔者研究,安徽省潜山县在1951—2010年间,马尾松毛虫(Dendrolimuspunctatus)垂直发生范围上限由海拔300m提高到750m,水平范围沿东经116°34′45″向深山区延伸了21km,年发生面积(y)与1—2月平均气温(x1)、1—2月最低气温(x2)高度相关,关系为:y=-69237.127270668+10031.0449373888x1-3454.92501966642x2(r=0.998709979,F=193.420357)。赵铁良等根据1961—2001年的历史资料研究表明,冬季温度偏高的年份,病虫害发生严重,其线性相关关系达到0.6684,全国病虫害发生总面积与冬季平均温度追随作用明显,模糊贴近度达到0.6607。气候变暖,使得我国粘虫(Mythimnaseparata)越冬北界北移1个纬距,稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocismedialis)越冬北界北移1~2个纬度,稻飞虱越冬北界北移1~2个纬度。
1.2有害生物发育速率提高
温度是决定有害生物生长发育速率最重要的因子,气候变暖使得有害生物适生期延长,加快了有害生物发育速率,导致其始见期、迁飞期、种群高峰期提前,世代数增加。
由于气温升高,一些有害生物越冬迟,出蛰早,危害加重。笔者通过对20世纪80年代安徽省潜山县的森林病虫害普查数据、有关马尾松毛虫科研项目资料和20世纪90年代的灯光诱蛾、21世纪前10年的灯光诱蛾监测、性诱剂监测、中心测报点标准地监测数据分析,研究发现,马尾松毛虫的发生期随着气温的上升而提前。在20世纪80年代初,马尾松毛虫(Dendrolimuspunctatus)越冬代成虫初见期在5月18日左右,到了21世纪初,则提前到了4月28日左右。发生期提前时间最多的是越冬代,其次是第1代,然后是第2代,依次逐代减少,这与潜山县的气温变化是一致的。发生期的提前,再加上暖冬造成越冬基数逐年增多,还使一些周期暴发性有害生物暴发周期缩短。笔者对1952—2010年安徽省潜山县马尾松毛虫年发生面积分析表明,1973年之前暴发周期为10年,1973年以后,暴发周期缩短为3~5年。
气候变暖对有害生物发生期、种群动态造成直接影响的基础是温度升高改变了有害生物发育历期、繁殖力及存活率等重要生命参数。气候变暖的特征主要表现在均温升高、极端气温升高和昼夜温差变化等方面。
1.3生物灾害发生频率增加
由于气候异常,气象灾害增加,导致生态系统健康水平下降,天敌种群数量下降,抗生物灾害能力和恢复力降低,这样不但有利于常发性有害生物滋生繁衍,还为次要有害生物发生发展提供了良好的环境条件,从而缩短了有害生物暴发周期,增加了有害生物发生的种类,提高了生物灾害发生的频率。大量观测表明,20世纪陆地和海洋表面温度都已经上升,降水格局已经发生了改变,特别是最近50多年来,温室气体大量增加已导致全球气候急剧变暖,海平面大幅度上升,并引发冰川融化,积雪减少,高温、干旱、热浪、飓风和洪水等极端气候事件频繁发生,这些改变已经对生物多样性产生了较为深刻的影响。同时,大量观测表明,许多物种的行为与物候、分布和丰富度、种群大小等都已发生改变;陆地、淡水和海洋生态系统的结构与功能也发生了极大的变化。据笔者对安徽省潜山县1950—2010年林业生物灾害发生数据分析,20世纪80年代之前,对潜山县造成灾害的林业有害生物只有3种,而进入21世纪则达到了15种。
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